Technisches GebietTechnical area
Die
vorliegende Erfindung betrifft das Flüssigkeitsstrahlpolieren,
und insbesondere das Flüssigkeitsstrahlpolieren in einem
untergetauchten System.The
The present invention relates to liquid jet polishing,
and in particular the liquid jet polishing in one
submerged system.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Flüssigkeitsstrahlpolieren
(FJP) ist ein Verfahren zum Konturieren und Polieren einer Oberfläche
einer Komponente, indem ein Strahl eines Flüssigschlamms
von Arbeitsflüssigkeit auf die Komponente gezielt wird
und die Oberfläche abgetragen wird, um eine erwünschte
Form zu erzeugen. Flüssigkeitsstrahlpolieren wurde in einiger
Genauigkeit studiert, insbesondere von Silvia M. Booij, siehe ISBN
90-9017012-X, 2003.Polishing liquid jet
(FJP) is a method for contouring and polishing a surface
a component by a jet of liquid sludge
of working fluid is aimed at the component
and the surface is removed to a desired
To create shape. Liquid jet polishing was in some
Accuracy studied, especially by Silvia M. Booij, see ISBN
90-9017012-X, 2003.
Ein
herkömmliches Flüssigkeitsstrahlpoliersystem 1,
das in 1 und 2 veranschaulicht ist, umfasst
das folgende: einen Teilehalter 2, welcher eine Komponente 3,
die abgetragen werden soll, hält; ein abgeschlossenes Gebiet 4a mit
einem Ablauf 4b; ein Volumen von Arbeitsflüssigkeit 5,
zum Beispiel Wasser, Glycol, Öl oder andere geeignete Flüssigkeiten;
eine Pumpe 6 zum Druckbeaufschlagen der Arbeitsflüssigkeit 5;
und eine Rohrleitung 7 zum Zurückführen
der Arbeitsflüssigkeit 5 zu einer Düse 8, welche
die Arbeitsflüssigkeit 5 auf die Komponente 3 richtet.
Ein Bewegungssystem 10, gewöhnlich computergesteuert,
lenkt die Düse 8.A conventional liquid jet polishing system 1 , this in 1 and 2 illustrated includes the following: a parts holder 2 which is a component 3 which is to be removed, holds; a closed area 4a with a drain 4b ; a volume of working fluid 5 for example, water, glycol, oil or other suitable liquids; a pump 6 for pressurizing the working fluid 5 ; and a pipeline 7 for returning the working fluid 5 to a nozzle 8th which the working fluid 5 on the component 3 directed. A movement system 10 , usually computer-controlled, directs the nozzle 8th ,
Das
Profil der Wirkung eines stationären Flüssigkeitsstrahls
auf die Oberfläche der Komponente 3 erzeugt ein
Werkzeugmuster. Ein Computerprogramm wird dann verwendet, um die
Ver weilzeit des Werkzeugmusters auf der Oberfläche der
Komponente 3 zu optimieren, um die erwünschte
fertige Oberflächenform zu erhalten. Typischerweise bleibt der
Druck des Flüssigschlamms der Arbeitsflüssigkeit 5 konstant
und die Geschwindigkeit (oder Verweilzeit) der Düse 8 wird
verändert, um die erwünschte Materialmenge von
verschiedenen Gebieten der Komponente 3 zu entfernen. Alternativ
kann die Düse 8 fest bleiben und die Komponente 3 kann bewegt
werden. Eine Temperatursteuerung kann hinzugefügt werden,
um die Flüssigkeit bei einer konstanten Temperatur zu halten.The profile of the effect of a stationary jet of liquid on the surface of the component 3 creates a tool pattern. A computer program is then used to determine the residence time of the tooling pattern on the surface of the component 3 to optimize to obtain the desired finished surface shape. Typically, the pressure of the liquid sludge of the working fluid remains 5 constant and the speed (or residence time) of the nozzle 8th is changed to the desired amount of material from different areas of the component 3 to remove. Alternatively, the nozzle 8th stay firm and the component 3 can be moved. A temperature control can be added to keep the liquid at a constant temperature.
Eine
der entscheidenden Herausforderungen mit FJP ist das Erzeugen eines
gleichförmigen kontinuierlichen Stroms der Arbeitsflüssigkeit 5.
Typischerweise enthält die Arbeitsflüssigkeit 5 kleine Schleifpartikel,
die aus harten Materialien, wie beispielsweise Aluminiumoxid, Diamant,
und/oder Zirkoniumoxid hergestellt werden, in einer Trägerflüssigkeit,
zum Beispiel Wasser oder eine ähnliche Flüssigkeit.
Die kleinen Schleifpartikel weisen einen bestimmten negativen Auftrieb
in der Arbeitsflüssigkeit auf, wodurch die Einwirkung der
Schleifpartikel auf die Oberfläche der Komponente 3 von
der Geschwindigkeit der Schleifpartikel und dem Auftrieb der Schleifpartikel
in der Arbeitsflüssigkeit 5 abhängt.
Allerdings können Luftblasen in dem Flüssigschlamm eine
Inkonsistenz bei dem Polieren durch ein dramatisches Ändern
des Auftriebs der Partikel verursachen, welches ein Beschädigen
der Oberfläche der Komponente 3 durch die Partikel
verursacht, und die Oberflächenrauigkeit der fertigen Oberfläche
erhöht. Die Viskosität von Luft ist auch viel
geringer als die der Trägerflüssigkeit, so dass
die Bewegung der Schleifpartikel zu der Grenzfläche zwischen
der Arbeitsflüssigkeit 5 und der Oberfläche
der Komponente 3 schneller ist.One of the key challenges with FJP is creating a uniform, continuous flow of working fluid 5 , Typically, the working fluid contains 5 small abrasive particles made from hard materials such as alumina, diamond, and / or zirconia in a carrier liquid, for example water or a similar liquid. The small abrasive particles have a certain negative buoyancy in the working fluid, which increases the effect of the abrasive particles on the surface of the component 3 the speed of the abrasive particles and the buoyancy of the abrasive particles in the working fluid 5 depends. However, air bubbles in the liquid slurry can cause an inconsistency in the polishing by dramatically changing the buoyancy of the particles, which damages the surface of the component 3 caused by the particles, and increases the surface roughness of the finished surface. The viscosity of air is also much lower than that of the carrier liquid, so that the movement of the abrasive particles to the interface between the working fluid 5 and the surface of the component 3 is faster.
Wenn
der Strahl von Arbeitsflüssigkeit 5 auf die Oberfläche
der Komponente 3 trifft, ändert sich die Richtung
des Flusses. Da die Arbeitsflüssigkeit 5 die Richtung ändert, ändern
die darin dispergierten Partikel die Richtung und erfahren eine
Kraft in Richtung der Oberfläche. Je höher der
Dichteunterschied zwischen den Schleifpartikeln und der Arbeitsflüssigkeit 5 ist,
desto höher wird die Kraft in Richtung der Oberfläche
sein. Zentrifugalkräfte treiben die Teilchen in die Oberfläche
und erzeugen das Werkzeugmuster. Der Zentrifugalkraft wird durch
die Viskosität der Trägerflüssigkeit
entgegengewirkt. Kleinere Schleifpartikel weisen ein größeres
Verhältnis von Querschnittsfläche zu Masse auf,
welches auch das Verhältnis von Zentrifugalkraft zu Reibungswiderstand
verringert. Die Antwort der Materialien, die bis heute mit dem Flüssigkeitsstrahlverfahren
gestestet wurden, deutet eine nicht lineare Antwort auf ein Erhöhen
des Verhältnisses Zentrifugalkraft/Reibungswiderstand an.
In einer newtonischen Flüssigkeit (Viskosität
ist mit Scherung konstant, zum Beispiel Wasser) wird eine Schleifpartikeldichte
von 7 g/cm3 oder mehr bevorzugt.When the jet of working fluid 5 on the surface of the component 3 the direction of the river changes. Because the working fluid 5 As the direction changes, the particles dispersed therein change direction and experience a force toward the surface. The higher the density difference between the abrasive particles and the working fluid 5 is, the higher the force will be in the direction of the surface. Centrifugal forces propel the particles into the surface and create the tooling pattern. The centrifugal force is counteracted by the viscosity of the carrier liquid. Smaller abrasive particles have a greater ratio of cross-sectional area to mass, which also reduces the ratio of centrifugal force to frictional drag. The response of the materials tested to date with the liquid jet method indicates a non-linear response to increasing the ratio of centrifugal force to frictional drag. In a Newtonian liquid (viscosity is shear-constant, for example, water), an abrasive particle density of 7 g / cm 3 or more is preferred.
Partikelgröße
beeinflusst nicht nur das Verhältnis Zentrifugalkraft/Reibungswiderstand,
sondern beeinflusst auch die Materialabtragungsgeschwindigkeit.
Größere Schleifpartikel erhöhen die Materialabtragungsgeschwindigkeit,
aber erhöhen auch die Rauigkeit der fertigen Oberfläche.particle size
not only affects the ratio of centrifugal force / frictional resistance,
but also influences the material removal rate.
Larger abrasive particles increase the material removal rate,
but also increase the roughness of the finished surface.
Eine
andere ähnliche Technologie, die in dem US-Patent Nr. 5,951,369 , erteilt am
14. September 1999 an Kordonski et al., offenbart ist, wird magnetorheologisches
Finishing (MRF) genannt. Die Technologie verwendet einen flüssigen
Flüssigschlamm, der auf ein Rad gerichtet wird, wo er durch magnetische
Felder verfestigt wird. Der feste Flüssigschlamm wird dann
durch das Rad in Kontakt mit der Komponente getragen, die feinbearbeitet
werden soll. Nach einem Vorbeischleifen an der Komponente und einem
Verursachen einer Abtragung wird der Flüssigschlamm in
seinen flüssigen Zustand für ein Rezirkulieren
zurückgebracht, indem er von dem magnetischen Feld entfernt
wird. Der Vorteil von MRF ist, dass der verfestigte Flüssigschlamm
eine schnelle Materialentfernung bereitstellt. Ein Nachteil ist, dass
die Magnet- und Radtechnologie das Verfahren wesentlich komplexer
und teuer machen als das Flüssigkeitsstrahlpolieren.Another similar technology that in the U.S. Patent No. 5,951,369 , issued September 14, 1999 to Kordonski et al., is called magnetorheological finishing (MRF). The technology uses a liquid slurry, which is directed to a wheel where it is solidified by magnetic fields. The solid slurry is then carried by the wheel in contact with the component which is to be finished. After pasting the component and causing erosion, the liquid slurry becomes a liquid state Recirculating brought back by being removed from the magnetic field. The advantage of MRF is that the solidified liquid sludge provides rapid material removal. One drawback is that magnet and wheel technology make the process much more complex and expensive than fluid jet polishing.
Eine
Aufgabe der vorliegenden ist es, die Schwächen des Stands
der Technik durch Bereitstellen eines relativ einfachen, aber hoch
effektiven Flüssigkeitsstrahlpoliersystems zu überwinden,
das viel glattere und viel genauer geformte Oberflächen
als herkömmliche Poliersysteme bereitstellt.A
The object of the present is to identify the weaknesses of the state
the technique by providing a relatively simple but high
effective liquid jet polishing system to overcome
the much smoother and much more accurate shaped surfaces
as conventional polishing systems.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Demgemäß betrifft
die vorliegende Erfindung ein Flüssigkeitsstrahlpoliersystem,
das umfasst:
eine Kammer zum Umschließen einer Komponente während
eines Polierens;
einen Halter zum Halten der Komponente in
der Kammer während des Polierens;
eine Arbeitsflüssigkeit,
die Schleifpartikel umfasst, die die Kammer über ein erwünschtes
Niveau füllt;
eine Düse, die ein Ende aufweist,
das unterhalb des erwünschten Niveaus angeordnet ist, um
einen druckbeaufschlagten Strom von Arbeitsflüssigkeit
auf die Komponenten zu richten; und
ein Bewegungssystem, das
eine relative Bewegung zwischen dem Halter und der Düse
bereitstellt, die eine Materialabtragungsgeschwindigkeit von einer Oberfläche
der Komponente bereitstellt;
wobei der Halter und das Ende
der Düse in Arbeitsflüssigkeit untergetaucht sind,
während der Strom von Arbeitsflüssigkeit auf die
Komponente gerichtet ist, wodurch Umgebungsluft nicht in die Arbeitsflüssigkeit
eingebracht wird.Accordingly, the present invention relates to a liquid jet polishing system comprising:
a chamber for enclosing a component during polishing;
a holder for holding the component in the chamber during polishing;
a working fluid comprising abrasive particles which fills the chamber above a desired level;
a nozzle having an end located below the desired level for directing a pressurized stream of working fluid toward the components; and
a motion system providing relative movement between the holder and the nozzle providing a material removal rate from a surface of the component;
wherein the holder and the end of the nozzle are submerged in working fluid while the flow of working fluid is directed at the component, whereby ambient air is not introduced into the working fluid.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die
Erfindung wird genauer in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, welche bevorzugte Ausführungsformen dieser
darstellen, wobei:The
The invention will be more particularly described with reference to the accompanying drawings
which preferred embodiments of this
represent, wherein:
1 eine
Seitenansicht eines herkömmlichen Flüssigkeitsstrahlpoliersystems
ist; 1 Fig. 10 is a side view of a conventional liquid jet polishing system;
2 eine
Seitenansicht der Düse und der Komponente des Flüssigkeitsstrahlpoliersystems
der 1 ist; 2 a side view of the nozzle and the component of the liquid jet polishing system of 1 is;
3 eine
Seitenansicht des Flüssigkeitsstrahlpoliersys tems gemäß der
vorliegenden Erfindung ist; und 3 Fig. 4 is a side view of the liquid jet polishing system according to the present invention; and
4 eine
Seitenansicht der Düse und der Komponente eines Flüssigkeitsstrahlpoliersystems gemäß einer
anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. 4 Figure 4 is a side view of the nozzle and component of a liquid jet polishing system according to another embodiment of the present invention.
Genaue BeschreibungPrecise description
Mit
Bezug auf 3 und 4 umfasst
ein erfindungsgemäßes Flüssigkeitsstrahlpoliersystem 11 einen
Teilehalter 12, welcher eine Komponente 13 während
des Abtragungsverfahrens innerhalb eines abgeschlossenen Gebiets
einer Abtragungskammer 16 sicher hält. Der Teilehalter 12 kann
innerhalb der Abtragungskammer 16 befestigt sein, drehbar
relativ zu der Abtragungskammer 16, oder Teil einer bewegbaren
Plattform bilden, wie nachfolgend erörtert wird. Ein Drehen
des Teilehalters 12 vereinfacht das Herstellen von ringförmigen
oder bogenförmigen Profilen. Eine Düse 17 richtet
einen druckbeaufschlagten Flüssigkeitsstrahlstrom einer
Arbeitsflüssigkeit 18 auf eine Oberfläche
der Komponente 13. Die Arbeitsflüssigkeit 5 enthält
eine Trägerflüssigkeit, zum Beispiel Wasser, Glycol, Öl
oder andere geeignete Flüssigkeiten, und kleine Schleifpartikel,
die aus härteren Materialien hergestellt sind, wie beispielsweise
Aluminiumoxid, Diamant und/oder Zirkoniumoxid. Verändern des
Typs und der Größe der Schleifpartikel kann erfolgen,
um die Oberflächenrauigkeit und/oder die Abtragungsgeschwindigkeit
zu optimieren. Die Eigenschaften der Arbeitsflüssigkeit 18 inklusive
Flüssigkeitsdichte, Viskosität, pH und rheologischer
Eigenschaften können verändert werden, um die
Oberflächenrauigkeit und die Abtragungsgeschwindigkeit
zu optimieren, insbesondere wird es vorteilhaft sein, eine dilatante
Flüssigkeit zu haben, um die Abtragungsgeschwindigkeit
zu erhöhen. Die Viskosität von dilatanten Flüssigkeiten
erhöht sich mit höheren Scherkräften,
im Vergleich zu normalen Flüssigkeiten, in welchen Viskosität
unabhängig von Scherkräften ist. Demgemäß,
wenn ein Flüssigkeitsstrahlstrom, der eine dilatante Flüssigkeit
aufweist, auf die Komponente 13 trifft, erfährt
die Arbeitsflüssigkeit 5 hohe Scherkräfte,
und weist darum eine Erhöhung der Viskosität auf,
insbesondere an einer Grenzfläche zwischen dem druckbeaufschlagten Strom
von Arbeitsflüssigkeit 18 und der Oberfläche
der Komponente 13. Schleifpartikel, die normalerweise eine sehr
kleine Wirkung auf die Komponente 13 aufweisen, arbeiten
viel besser, wenn ein dilatanter Zusatz, zum Beispiel Maisstärke
oder Polyvinylalkohol, hinzugefügt wird. Polyvinylalkohol
ist ein langes Kettenmolekül, das vernetzt werden kann,
um größere Moleküle zu bilden, alle mit
verschiedenen Graden von dilatanten Eigenschaften.Regarding 3 and 4 comprises a liquid jet polishing system according to the invention 11 a parts holder 12 which is a component 13 during the ablation process within a closed area of an ablation chamber 16 holds securely. The parts holder 12 can be inside the ablation chamber 16 be attached, rotatable relative to the Abtragungskammer 16 , or form part of a movable platform, as discussed below. Turning the parts holder 12 simplifies the production of annular or arcuate profiles. A nozzle 17 directs a pressurized liquid jet stream of a working fluid 18 on a surface of the component 13 , The working fluid 5 contains a carrier liquid, for example water, glycol, oil or other suitable liquids, and small abrasive particles made of harder materials, such as alumina, diamond and / or zirconia. Altering the type and size of abrasive particles can be done to optimize surface roughness and / or removal rate. The properties of the working fluid 18 including liquid density, viscosity, pH, and rheological properties can be varied to optimize surface roughness and ablation rate; in particular, it will be advantageous to have a dilatant fluid to increase ablation rate. The viscosity of dilatant fluids increases with higher shear forces compared to normal fluids in which viscosity is independent of shear forces. Accordingly, when a liquid jet stream having a dilatant liquid is applied to the component 13 meets, experiences the working fluid 5 high shear forces, and therefore has an increase in viscosity, in particular at an interface between the pressurized stream of working fluid 18 and the surface of the component 13 , Abrasive particles, which normally have a very small effect on the component 13 work much better when a dilatant additive, for example corn starch or polyvinyl alcohol, is added. Polyvinyl alcohol is a long chain molecule that can be cross-linked to form larger molecules, all with varying degrees of dilatant properties.
Einer
der entscheidenden Parameter zum Auswählen guter Schleifmittel
ist Dichte, weil sehr dichte Partikel sehr schnell aus der Arbeitsflüssigkeit 18 herauskommen
oder sich an den Rand dieser bewegen, und aggressiver sind. Luft
in der Arbeitsflüssigkeit 18 erhöht die
Abtragungsgeschwindigkeit schnell, weil die Verringerung im Auftrieb
und die Reduzierung der Viskosität, die von der Luft resultieren, verursachen,
dass die Schleifpartikel die Oberfläche der Komponente 13 sehr
hart treffen; hingegen Teilchen mit geringer Dichte (großer
Auftrieb) kommen nicht einfach aus der Arbeitsflüssigkeit 18 heraus
und haben keine große Wirkung auf die Komponente 13. Wenn
Dispergiermittel hinzugefügt werden, um die Teilchen in
Suspension zu halten, dann scheint der Abtragungsprozess vollständig
aufzuhören. Demgemäß ist ein Auswählen
von Schleifpartikeln mit hoher Dichte oder geringem Auftrieb in
der Trägerflüssigkeit, zum Beispiel Wasser, wichtig
zum Erzeugen einer relativ schnellen Abtragungsgeschwindigkeit. Zum
Beispiel weist Zeroxid eine spezifische Dichte von 7,8 und Zirkoniumoxid
eine spezifische Dichte von 5,8 auf; demgemäß werden
Schleifpartikel mit einer spezifischen Dichte größer
als 5 bevorzugt.One of the crucial parameters for selecting good abrasives is density, because very dense particles are very quickly removed from the working fluid 18 come out or move to the edge of this, and are more aggressive. Air in the working fluid 18 increases the rate of removal quickly because of the reduction in buoyancy and the reduction in viscosity resulting from the air cause the abrasive particles to surface the component 13 meet very hard; however, low-density particles (high buoyancy) do not come easily from the working fluid 18 out and have no great effect on the component 13 , When dispersants are added to keep the particles in suspension, the ablation process seems to be completely stopped. Accordingly, selecting abrasive particles of high density or low buoyancy in the carrier liquid, for example, water, is important for producing a relatively fast ablation rate. For example, cerium oxide has a specific gravity of 7.8 and zirconia has a specific gravity of 5.8; Accordingly, abrasive particles having a specific gravity greater than 5 are preferred.
Das
Halten der dichten Schleifpartikel in Suspension in der Arbeitsflüssigkeit 18 ist
normalerweise schwierig und erfor dert ein Rühren oder die
Verwendung eines Dispergiermittels zum Erhalten. Leider kann, wie
vorab erwähnt, das Dispergiermittel selbst die Schleifpartikel
daran hindern, sich an den Rand des Flusses zu bewegen und Arbeit
zu verrichten. Allerdings scheint der dilatante Zusatz dieses Problem durch
Verfestigen der Flüssigkeit und ziemlich festes Halten
der Partikel in der Arbeitsflüssigkeit 18 und großes
Erhöhen des Drucks auf die Komponente 13 zu lösen.
Demgemäß ist ein Hinzufügen von sowohl eines
dilatanten Zusatzes als auch eines Dispergiermittels zu der Arbeitsflüssigkeit 18 eine
bevorzugte Kombination, welche das Erfordernis zu Rühren
eliminiert, während sie gute Abtragungsgeschwindigkeiten
für einen weiten Bereich von Partikeldichten bereitstellt.
Das wasserhaltige Dispergiermittel kann ausgewählt werden
aus der Gruppe, die enthält: Stearinsäure, Palmitinsäure,
Myristinsäure, Laurinsäure, Kokosnussöl,
Palmöl, Erdnussöl, Ethylenglycol, Propylenglycol,
Glycerol, Polyethylenglycol-aliphatische-Polyether, Alkylsulfate
und alkoxylierte Alkylphenole. Das Dispergiermittel kann auch ein
wasserhaltiges Gemisch sein, das Fett und/oder Fettsäure enthält;
ein Gemisch von Stearinsäure und einem pflanzlichen Öl;
oder ein Material, das unter dem Handelszeichen EVERFLO®,
welches hauptsächlich Wasser, ungefähr 12½ Gew.-%
Stearinsäure, ungefähr 12½ Gew.-% pflanzliches Öl
und geringe Mengen von Methylparaben und Propylenglycol umfasst, verkauft
wird. Andere Dispergiermittel können auch verwendet werden.Keeping the dense abrasive particles in suspension in the working fluid 18 is usually difficult and requires stirring or the use of a dispersant to obtain. Unfortunately, as mentioned above, the dispersant itself can prevent the abrasive particles from moving to the edge of the flow and doing work. However, the dilatant additive seems to solve this problem by solidifying the fluid and holding the particles quite firmly in the working fluid 18 and greatly increasing the pressure on the component 13 to solve. Accordingly, adding both a diluent additive and a dispersant to the working fluid 18 a preferred combination that eliminates the need for agitation while providing good ablation rates for a wide range of particle densities. The hydrous dispersant may be selected from the group consisting of stearic acid, palmitic acid, myristic acid, lauric acid, coconut oil, palm oil, peanut oil, ethylene glycol, propylene glycol, glycerol, polyethylene glycol aliphatic polyethers, alkyl sulfates and alkoxylated alkyl phenols. The dispersant may also be a hydrous mixture containing fat and / or fatty acid; a mixture of stearic acid and a vegetable oil; or a material comprising under the trade mark EVERFLO ®, which is mainly water, about 12½ wt .-% stearic acid, about 12½ wt .-% vegetable oil and small amounts of methyl paraben and propylene glycol, is sold. Other dispersants may also be used.
Mehrachsige
(3, 4, 5 oder 6) Bewegungssysteme können verwendet werden,
um eine große Auswahl von Komponentenformen zu bearbeiten.
Eine mechanische Kopplung kann auch hinzugefügt werden,
um den Werkzeugwinkel über sphärischen oder asphärischen
Komponenten beizubehalten und dadurch den Bedarf für Mehrfachachsen-Bewegungssteuerungssysteme
zu reduzieren.multiaxial
(3, 4, 5 or 6) motion systems can be used
to edit a wide range of component shapes.
A mechanical coupling can also be added
around the tool angle via spherical or aspherical
Components and thereby the need for multi-axis motion control systems
to reduce.
Während
eines Abtragens werden das Ende der Düse 17 und
die Komponente 13 in der Arbeitsflüssigkeit untergetaucht,
wodurch Umgebungsluft nicht in die geschlossene Schleife von Arbeitsflüssigkeitsflüssigschlamm
eingebracht wird. Jegliche Luftblasen, die in dem System vorhanden
sind, steigen einfach zu einem Lufteinschluss 15 an der
Oberseite der Abtragungskammer 16 auf und werden nicht
rezirkuliert, wodurch Oberflächen mit sehr glatter Oberflächenbeschaffenheit
hergestellt werden. Der Lufteinschluss 15 kann kontinuierlich
oder in Zeitintervallen belüftet werden. Ein Ablaufrohr 19 am
Boden der Abtragungskammer 16 leert die Abtragungskammer 16 und
leitet die Arbeitsflüssigkeit 18 mit abgetragenen
Partikeln von der Komponente 13 zu einer Pumpe 21 weiter,
welche die Arbeitsflüssigkeit 18 wieder druckbeaufschlagt.
Leitungsrohre 22 werden verwendet, um die Arbeitsflüssigkeit 18 zu
der Düse 17 zurückzuleiten.During erosion, the end of the nozzle 17 and the component 13 submerged in the working fluid, whereby ambient air is not introduced into the closed loop of working fluid slurry. Any air bubbles present in the system simply increase air entrapment 15 at the top of the ablation chamber 16 and are not recirculated, producing surfaces with a very smooth surface finish. The air inclusion 15 can be ventilated continuously or at intervals of time. A drainpipe 19 at the bottom of the ablation chamber 16 empties the ablation chamber 16 and directs the working fluid 18 with removed particles from the component 13 to a pump 21 Next, the working fluid 18 pressurized again. conduits 22 Be used to the working fluid 18 to the nozzle 17 recirculate.
Ein
Bewegungssystem 23, welches gewöhnlicherweise
computergesteuert ist, lenkt die Düse 17 in den
x-y-Richtungen oder in jeglichen geeigneten Richtungen, zum Beispiel
x-y-z-θz-θy-θx, über die Komponente 13 gemäß dem
erwünschten Muster und der erwünschten Glätte
auf der Oberfläche der Komponente 13. Alternativ
lenkt das Bewegungssystem 23 in Systemen, in welchen die
Düse 17 feststehend ist und der Teilehalter 12 bewegbar
ist, die bewegbare Plattform des Teilehalters 12 wie gewünscht,
um die benötigte Oberflächenform und Rauigkeit
zu erhalten.A movement system 23 , which is usually computer controlled, directs the nozzle 17 in the xy directions or in any suitable directions, for example xyz-θ z -θ y -θ x , over the component 13 according to the desired pattern and the desired smoothness on the surface of the component 13 , Alternatively, the movement system steers 23 in systems where the nozzle 17 is stationary and the parts holder 12 is movable, the part owner's movable platform 12 as desired to obtain the required surface shape and roughness.
Eine
Eigenschaftensteuereinheit 24, die einen Schalter 25 und
Umgehungsrohre 26 und 27 umfasst, kann hinzugefügt
werden, um eine oder mehrere der verschiedenen Eigenschaften der
Arbeitsflüssigkeit 18, zum Beispiel Temperatur,
Flüssigkeits dichte, Viskosität, pH und rheologische
Eigenschaften, zu steuern. Wenn eine Temperatursteuerung benötigt
wird, bestimmt ein Temperatursensor in dem Schalter 25 die
Temperatur der Arbeitsflüssigkeit 18 und leitet
die gesamte oder einen Teil der Arbeitsflüssigkeit 18 durch
die Eigenschaftensteuereinheit 24 mittels des Umgehungsrohrs 26 um,
wobei die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit 18 unter
Verwendung geeigneter Wärme- oder Kühlmittel höher
oder niedriger eingestellt wird. Die thermisch veränderte
Arbeitsflüssigkeit wird zu der Leitung 22 mittels
des Rückführumgehungsrohrs 27 zurückgeführt.
Die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit 18 kann
eingestellt werden, um die Abtragungsgeschwindigkeit der Komponentenpartikel
und/oder die Oberflächenrauigkeit der Komponente 13 zu
optimieren. Bei einem Partikelerwärmen oder -abkühlen
kann die Spitze der Düse 17 die Eigenschaften
des Arbeitsflüssigkeitsflüssigschlamms beeinflussen,
wodurch die Abtragungsgeschwindigkeit erhöht oder verringert
wird, d. h. ein Abkühlen der Arbeitsflüssigkeit 18 wird
zu einem festeren Flüssigschlamm und einer erhöhten Abtragungsgeschwindigkeit
führen. Die Eigenschaftensteuereinheit 24 kann
alternativ oder auch Mittel zum Ändern des pHs der Arbeitsflüssigkeit 18 durch Hinzufügen
von Materialien mit hohem oder niedrigen pH zu dieser umfassen,
um die Abtragungsgeschwindigkeit des Komponentenmaterials und die Oberflächenrauigkeit
des fertigen Produkts zu optimieren.A property control unit 24 that has a switch 25 and bypass pipes 26 and 27 can be added to one or more of the different properties of the working fluid 18 to control, for example, temperature, liquid density, viscosity, pH and rheological properties. When temperature control is needed, a temperature sensor in the switch determines 25 the temperature of the working fluid 18 and directs all or part of the working fluid 18 through the property control unit 24 by means of the bypass pipe 26 around, the temperature of the working fluid 18 is adjusted higher or lower using suitable heat or coolant. The thermally modified working fluid becomes the conduit 22 by means of the return bypass pipe 27 recycled. The temperature of the working fluid 18 can be adjusted to the rate of removal of the component particles and / or the surface roughness of the component 13 to optimize. When particle heating or cooling, the tip of the nozzle 17 affect the properties of the working fluid slurry, thereby increasing or decreasing the rate of removal, ie, cooling the working fluid 18 becomes a firmer liquid sludge and elevated Lead removal rate. The property control unit 24 may alternatively or also means for changing the pH of the working fluid 18 by adding high or low pH materials thereto to optimize the rate of removal of the component material and the surface roughness of the finished product.
Vorzugsweise
wird irgendein Mittel zum Rütteln oder Rühren
der Arbeitsflüssigkeit 18 innerhalb der Eigenschaftensteuereinheit 24 bereitgestellt,
um die Schleifpartikel in Suspension zu halten und um die Abtragungsgeschwindigkeit
und Oberflächenrauigkeit zu optimieren. Das Flüssigkeitszirkulationssystem
sollte mit so wenig horizontalen Flächen wie möglich
ausgestaltet sein, um ein Absetzen der Schleifpartikel zu minimieren.
Mischen durch den normalen Fluss der Arbeitsflüssigkeit 5 durch
die Düse 17 und die Pumpe 21 können
genügen, um das Schleifmittel ohne zusätzliche
Mittel zum Rühren oder Rütteln in Suspension zu
halten.Preferably, any means for shaking or stirring the working fluid 18 within the property control unit 24 in order to keep the abrasive particles in suspension and to optimize the removal rate and surface roughness. The fluid circulation system should be designed with as few horizontal surfaces as possible to minimize settling of the abrasive particles. Mixing by the normal flow of working fluid 5 through the nozzle 17 and the pump 21 may be sufficient to keep the abrasive in suspension without additional stirring or shaking means.
Das
Profil der Wirkung eines stationären Flüssigkeitsstrahls
auf die Oberfläche einer Komponente erzeugt ein Werkzeugmuster
in der Form eines ringförmigen Rings, zum Beispiel einen
Donut, für eine vertikale Düse oder in der Form
einer Träne für eine schräge Düse.
Ein Computerprogramm, das das Bewegungssystem 23 steuert,
wird verwendet, um die Verweilzeit des Werkzeugmusters auf der Oberfläche
der Komponente 13 zu optimieren, um die erwünschte
fertige Oberflächenform und Rauigkeit zu erreichen. Typischerweise
bleibt der Druck des Flüssigkeitsstrahls der Arbeitsflüssigkeit 18 konstant
und die Geschwindigkeit (oder Verweilzeit) der Düse 17 wird
verändert, um die erwünschte Menge von Material
von verschiedenen Gebieten der Komponente 13 zu entfernen.
Alternativ kann der Druck der Arbeitsflüssigkeit 18 geändert
werden oder die Düse 17 kann fest bleiben und
die Komponente 13 kann bewegt werden, zum Beispiel hin
und her bewegt werden, unter Verwendung der bewegbaren Plattform, wie
vorab erörtert. Der Druck der Arbeitsflüssigkeit 18 kann
während des Abtragungsprozesses aktiv verändert
werden, um verschiedene Abtragungsgeschwindigkeiten für
verschiedene Bereiche der Oberfläche der Komponente 13 bereitzustellen.The profile of the action of a stationary jet of liquid on the surface of a component produces a tooling pattern in the form of an annular ring, for example a donut, for a vertical nozzle or in the form of a tear nozzle tear. A computer program that uses the motion system 23 controls, is used to determine the residence time of the tool pattern on the surface of the component 13 to optimize to achieve the desired finished surface shape and roughness. Typically, the pressure of the liquid jet of the working fluid remains 18 constant and the speed (or residence time) of the nozzle 17 is changed to the desired amount of material from different areas of the component 13 to remove. Alternatively, the pressure of the working fluid 18 be changed or the nozzle 17 can stay firm and the component 13 can be moved, for example, reciprocated, using the movable platform as discussed previously. The pressure of the working fluid 18 can be actively changed during the ablation process to provide different ablation rates for different areas of the surface of the component 13 provide.
Die
Verweilzeit, die für ein Gitter von Punkten, das über
die Oberfläche der optischen Komponente 13 verteilt
ist, berechnet wird, kann in ein Geschwindigkeitsprofil unter Verwendung
von v(x, y) = d/T (x, y) konvertiert werden, wobei v(x, y) die erwünschte
Geschwindigkeit zwischen benachbarten Punkten ist und T(x, y) die
berechnete Verweilzeit für den zweiten Punkt ist. Normalerweise
wird das Werkzeug, zum Beispiel Düse 17, in einem
Rastermuster bewegt, so dass die Konversion nur bei einer Achse angewandt
wird.The residence time, which is for a grid of points that are above the surface of the optical component 13 can be converted into a velocity profile using v (x, y) = d / T (x, y) where v (x, y) is the desired velocity between adjacent points and T (x, y) y) is the calculated residence time for the second point. Usually the tool, for example, nozzle 17 , moved in a raster pattern, so that the conversion is applied to only one axis.
Vorzugsweise
wird die Düse 17 im Wesentlichen vertikal zum
Schießen eines Flüssigschlamms von Arbeitsflüssigkeit 18 mit
einer konstanten Geschwindigkeit auf die Oberfläche der
Komponente 13 angeordnet, wobei sie in einem einfachen
Gittermuster in der x- und y-Richtung im Wesentlichen senkrecht
zu der Oberfläche der Komponente 13 zurück und
vor fährt, wobei die Verweilzeit über jeder Position
auf dem Gitter die Menge von Material bestimmt, die entfernt wird.
Die Koordinaten der Komponente 13 werden von dem Computersystem
vorbestimmt oder bestimmt, wobei das Computersystem dann die Verweilzeit
an jeder Gitterposition basierend auf den Anforderungen, d. h. den
erwünschten Charakteristiken, zum Beispiel Dimension, Oberflächenrauigkeit des
fertigen Produkts, bestimmen kann. Sensoren in der Abtragungskammer 16 und/oder
auf dem Teilehalter 12 können verwendet werden,
um die Eigenschaften der Komponente 13 zu messen, während die
Komponente 13 bearbeitet wird, um einen geschlossenen Regelkreis
zu erzeugen, wodurch die Geschwindigkeit und Genauigkeit dessen
verbessert wird.Preferably, the nozzle becomes 17 essentially vertical for shooting a liquid slurry of working fluid 18 at a constant rate on the surface of the component 13 arranged in a simple grid pattern in the x and y directions substantially perpendicular to the surface of the component 13 back and forth, with the dwell over each position on the grid determining the amount of material that will be removed. The coordinates of the component 13 are predetermined or determined by the computer system, which computer system can then determine the dwell time at each grid position based on the requirements, ie the desired characteristics, for example dimension, surface roughness of the finished product. Sensors in the ablation chamber 16 and / or on the parts holder 12 can be used to control the properties of the component 13 to measure while the component 13 is processed to create a closed loop, thereby improving the speed and accuracy thereof.
Um
eine zusätzliche Einflussnahme auf den Abtragungsprozess
bereitzustellen, kann die Ausflussöffnung der Düse 17 mit
einer einstellbaren Öffnung versehen werden, oder mehrere
Düsen 17, jede mit unterschiedlich bemessenen Öffnungen,
können bereitgestellt werden. Um die Abtragungsgeschwindigkeit
zu erhöhen, wird die Größe der Ausflussöffnung
vergrößert oder eine Düse 17 mit
einer größeren Ausflussöffnung wird verwendet.
Um die Auflösung des Entfernens zu erhöhen, wird
die Größe der Ausflussöffnung verringert
oder eine Düse 17 mit einer kleineren Öffnung
wird verwendet. Alternativ können die Form oder der Winkel
der Düse 17 verändert oder modifiziert
werden, um verschiedene Werkzeugprofile zu erzeugen, zum Beispiel
Anordnen der Düse 17 mit einem spitzen Winkel
von vertikal erzeugt ein tränenförmiges Profil.
Mehrere Düsen 17 können auch zum Erhöhen
der Geschwindigkeit der Teilchenentfernung bereitgestellt werden.
Der Abstand der Düse 17 von der Komponente 13 kann
zwischen Läufen oder aktiv während jedes Laufs
eingestellt werden, um die Auflösung, die Abtragungsgeschwindigkeit
von partikelförmigem Material und die Oberflächenrauigkeit
der Komponente 13 zu optimieren. Masken können
bereitgestellt werden, um zu verhindern, dass die Arbeitsflüssigkeit 18 bestimmte Gebiete
der Komponente 13 kontaktiert, um dadurch tiefe Kanäle
und konkave Gebiete zu erzeugen. Luft oder andere geeignete Gase
zum Erniedrigen des Auftriebs können in die Arbeitsflüssigkeit 18 in
Nähe der Düse 17 oder an einem anderen
geeigneten Ort eingebracht werden, um die Abtragungsgeschwindigkeit
zu erhöhen oder die Oberflächenrauigkeit des fertigen
Produkts zu beeinflussen.In order to provide an additional influence on the ablation process, the outflow opening of the nozzle 17 be provided with an adjustable opening, or more nozzles 17 Each with differently sized openings can be provided. In order to increase the removal rate, the size of the outflow opening is increased or a nozzle 17 with a larger outflow opening is used. To increase the resolution of the removal, the size of the outflow opening is reduced or a nozzle 17 with a smaller opening is used. Alternatively, the shape or angle of the nozzle 17 be modified or modified to create different tool profiles, for example, arranging the nozzle 17 with a sharp angle from vertical creates a tear-shaped profile. Several nozzles 17 may also be provided to increase the rate of particle removal. The distance of the nozzle 17 from the component 13 can be adjusted between runs or active during each run, the resolution, the rate of material removal and the surface roughness of the component 13 to optimize. Masks can be provided to prevent the working fluid 18 certain areas of the component 13 contacted, thereby creating deep channels and concave areas. Air or other suitable gases to lower the buoyancy may enter the working fluid 18 near the nozzle 17 or at any other suitable location to increase the rate of removal or affect the surface roughness of the finished product.
Mit
Bezug auf 4 kann Material gleichzeitig
von verschiedenen Seiten der Komponente 13 durch Verwenden
von einer oder mehreren Düsen 17', die auf gegenüberliegende
oder verschiedene Seite der Komponente 13 zur gleichen
Zeit gerichtet sind, entfernt werden. Unabhängige Rezirkulierungssysteme
können für jede der Düsen 17' verwendet werden,
um ein unabhängiges Einstellen der Charakteristiken, zum
Beispiel Temperatur, pH etc. der Arbeitsflüssigkeiten 18 zu
ermöglichen. Alternativ kann ein einzelnes Rezirkulierungssystem
für alle Düsen 17' verwendet werden.Regarding 4 can material at the same time tig from different sides of the component 13 by using one or more nozzles 17 ' pointing to opposite or different side of the component 13 at the same time are removed. Independent recirculation systems can be used for each of the nozzles 17 ' be used to independently adjust the characteristics, for example, temperature, pH, etc. of the working fluids 18 to enable. Alternatively, a single recirculation system can be used for all nozzles 17 ' be used.
ZusammenfassungSummary
Flüssigkeitsstrahlpolieren
(FJP) ist ein Verfahren zum Konturieren und Polieren einer Oberfläche
einer Komponente, indem ein Strahl eines Flüssigschlamms
von Arbeitsflüssigkeit auf die Komponente gezielt wird
und die Oberfläche abgetragen wird, um eine erwünschte
Form zu erzeugen. Während des Abtragens sind das Ende der
Düse und die Komponente in der Arbeitsflüssigkeit
untergetaucht, wodurch Luft nicht in die geschlossene Schleife von Arbeitsflüssigkeitsflüssigschlamm
eingebracht wird. Jegliche Blasen, die in dem System vorhanden sind, steigen
einfach in einen Lufteinschluss an der Oberseite der Abtragungskammer
auf und werden nicht rezirkuliert, wodurch Oberflächen
mit sehr glatten Oberflächenbeschaffenheiten hergestellt
werden.Liquid jet polishing
(FJP) is a method for contouring and polishing a surface
a component by a jet of liquid sludge
of working fluid is aimed at the component
and the surface is removed to a desired
To create shape. During the erosion are the end of
Nozzle and the component in the working fluid
submerged, which prevents air from entering the closed loop of working fluid slurry
is introduced. Any bubbles present in the system will increase
simply into an air pocket at the top of the ablation chamber
on and are not recirculated, causing surfaces
made with very smooth surface textures
become.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list
The documents listed by the applicant have been automated
generated and is solely for better information
recorded by the reader. The list is not part of the German
Patent or utility model application. The DPMA takes over
no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
-
- US 5951369 [0008] US 5951369 [0008]
